长规格数控龙门导轨磨床的研制

张桂欣

(山东普利森集团有限公司，山东德州253039)

我国重型机床制造正处于蓬勃发展时期，超长床身导轨磨削需求越来越迫切地摆在我们面前。国内这类机床的开发及相关技术的研究起步较晚，能够生产大型数控龙门导轨磨床的厂家仅有一两家，数控龙门导轨磨床市场基本被各种国外品牌所充斥，不仅价格昂贵、交货期长，而且此类大型机床最长也仅为12 m，12 m以上机床床身往往多达3节以上，床身导轨磨削通常只能用拆前节接后节并二次装夹的方法完成，这样不仅降低了磨床加工效率，而且无法保证导轨面的加工精度。笔者公司根据市场需求，最近研制成功的磨削工件最大长度为18 m的MK5225×18 m数控龙门导轨磨床，填补了大型超长数控龙门导轨磨床市场空白。下面对该机床的设计方案和关键技术应用进行介绍和分析。

1 机床结构

如图1:龙门1为框架式结构;横梁3横跨龙门的两立柱并在其导轨上垂直移动以调整加工范围，周边磨头2和万能磨头4安装在横梁上可沿水平和垂直方向实现进给，另外万能磨头砂轮还可在±100°范围内摆动，以满足不同方向、不同斜度导轨磨削的需要;磨头各向进给电动机均为伺服电动机，进给方向配置直线光栅尺，可实现磨削的全闭环控制。工作台5导轨为每腔一泵的静压导轨。机床主要技术参数见表1。

2 机床性能

砂轮主轴采用了动静压主轴单元，该主轴综合了动压轴承和静压轴承的优点，克服了液体动压轴承启动和停止时出现的干摩擦造成的轴与轴承磨损现象，提高了主轴的使用寿命及精度保持性;当主轴启动后，依靠浅腔阶梯效应形成较大的动压承载力，大大地提高了主轴刚度;高压油膜的均化作用和良好的抗振性保证了主轴具有很高的旋转精度和运转平稳性。

动静压主轴液压站和工作台静压导轨液压站分立放置，液压站均配置了恒温控制箱，提高了液压系统工作的可靠性。

机床配备了大流量磁辊纸带过滤机。工作时，含有杂质的回流磨削液首先通过磁辊分离装置，导磁的铁屑被分离出来;然后，磨削液再通过无纺布纸带过滤，细微的杂质颗粒被吸附到纸带的上表面，杂质堵塞过度的纸带会被自动送入集污箱，并自动更换纸带，实现机床磨削液的精密过滤。

数控系统采用SIEMENS公司的SINUMERIK840D控制系统，西门子S7－300PLC可编程控制器通过高速数据总线与SIMODRIVE 611D数字驱动及SIEMENS交流伺服电动机相连，构成了一个全数字控制系统，具有良好的动态特性和加工精度。OP010C操作面板和SIEMENS机床操作面板，便于用户输入程序，通过系统程序设定可满足所有的控制要求。应用电子手轮功能，选用高性能的控制模块，控制精度达1 μm。

3 关键技术应用

3.1 横梁水平调整技术

为了使横梁升降移动后保持水平，我们设计了横梁水平微调装置，如图2所示。当横梁偏差通过电子水平仪反映到系统面板，这时与下齿轮轴连接的离合器脱开，同时与下齿轮轴连接的离合器自动啮合，微电动机根据偏差的正负确定旋转方向直至使偏差调为零(横梁水平)。

3.2 热平衡技术

为保证机床精度的稳定性，机床还采取了多项措施，来保证整机的热平衡。

(1)隔离热源:电气控制箱、动静压主轴液压站和工作台静压导轨液压站均独立布置在主机之外。

(2)恒温控制:动静压主轴液压站、工作台静压导轨液压站均配置恒温控制箱。

(3)淋浴式工件冷却:对工件全长进行大流量淋浴式冷却，减少工件在磨削过程中的温度不均匀。

(4)磨削液循环回流:磨削液从工作台回流时经上平面两侧4个回流口流入回流槽，然后经导流槽流人冷却箱。整个回流路线围绕床身，达到平衡机床温度的效果。

3.3 滚滑复合导轨的应用技术

导轨滚动滑块刚性好、精度高，但抗振性差;贴塑滑动导轨有吸振特性。如图3所示，每个磨头的水平和垂直导轨均采用了滚滑复合导轨，即滚动导轨单元与贴塑导轨并用的办法，提高了系统刚性，有效避免了在磨削过程中振动的产生，对提高机床精度及稳定性起到了良好的作用。

4 结语

MK5225×18 m数控龙门导轨磨床是集机械、电子、液压为一体的高技术产品。具有性能稳定、加工精度高、加工效率高、操作简便等特点。超长的结构设计解决了企业加长导轨加工的瓶颈问题。经检测，机床各项性能和精度指标均达到设计要求。投入使用后，提高了加工质量和生产效率，降低了成本，增强了企业的产品竞争力。MK5225×18 m数控龙门导轨磨床的研制成功，使我国突破了这类机床的制造极限，填补了同类磨床研制的空白，为我国机床工业在大型导轨精密加工领域争得了一席之地。

［1］机床设计手册编写组.机床设计手册(3)［M］.北京:机械工业出版社，1979.

［2］现代实用机床设计手册编委会.现代实用机床设计手册(上册)［M］.北京:机械工业出版社，2006.